安徽师范大学GIS系 地理信息系统 GIS

第一章 导论 第一节 地理信息系统的基本概念 第二节 地理信息系统的基本构成 第三节 地理信息系统的功能简介 第四节 地理信息系统的发展透视

第一节 地理信息系统基本概念 一、数据与信息 第一节 地理信息系统基本概念 一、数据与信息 数据（data）是通过数字化或直接记录下来的可以被鉴别的符号，包括数字、文字、符号、图形、图像以及它们能够转换成的数据等形式。

数据的特点 数据只有对实体行为产生影响时才成为信息      例如：“1”和“0”，当用来表示某一种实体在某个地域内存在与否时，它就提供了有(1表示)、无(0表示)的信息。 数据处理:即对数据进行运算、排序、转换、分类、增强等，其目的就是为了得到数据中包含的信息。 信息与数据是不可分离的，即信息是数据的内涵，而数据是信息的表达。也就是说数据是信息的载体。

信 息(information) 狭义：为人们获得信息前后对事物认识 的差别 广义：信息是指主体(人、生物和机器) 与外部客体  (环境、其它人、生 物和机器)之间相互联系的一种形 式。 信息的特点： 客观性，适用性 ，传输性，共享性

信息的特点 信息的客观性：与客观事物紧密相联系的； 信息的适用性：信息对决策是十分重要； 信息的传输性：信息可以在信息发送者和接受者之间传输，既包括系统把有用信息送至终端设备(包括远程终端)，和以一定形式提供给有关用户，也包括信息在系统内各子系统之间的传输和交换。 信息的共享性：信息与实物不同，它可以传输给多个户，为多个用户共享，而其本身并无损失。信息的这些特点，使信息成为当代社会发展的一项重要资源。

数据与信息的关系 信息与数据是不可分离的。 信息是与物理介质有关的数据表达。 数据中所包含的意义就是信息。 数据是记录下来的某种可以识别的符号，具有多种多样的形式，也可以加以转换，但其中包含的信息内容不会改变。 信息可以离开信息系统而独立存在，也可以离开信息系统的各个组成和阶段而独立存在；而数据的格式往往与计算机系统有关，并随载荷它的物理设备的形式而改变。 数据是原始事实，而信息是数据处理的结果。 不同知识、经验的人，对于同一数据的理解，可得到不同信息。

二、地理信息与地理信息系统 地理信息：是指表征地理圈或地理环境固有要素或物质的数量、质量、分布特征、联系和规律等的数字、文字、图像和图形的总称。 地理数据：是各种地理特征和现象间关系的符号化表示，包括空间位置、属性特征及时态特征三部分。

地理数据从以下几方面描述 自然界的物体 一定坐标系中的位置； 与位置无关的属性(如岩性、地价等)； 相互间的空间关系(拓扑关系)，这种关系描述物体间是如何连接在一起的，或一物体如何在其它物体间移动。

地理信息的特征 空间特征：其位置的识别是与数据联系在一 起的。 多维特征：即在二维空间的基础上实现多专 题的第三维结构. 时序特征：可以按照时间尺度划分地理 信息，对地理事物进行预测、 预报，从而为科学决策提供 重要依据。

地理信息系统 （Geographical information system） 1、系统：是具有特定功能的、相互联系的许多要素所构成的一个整体。 2、信息系统：是具有数据采集、管理、分析和表达能力的系统，它能够为单一的或有组织的决策过程提供有用信息。 3、信息系统的类型：事务处理系统、管理信息系统、决策支持系统、人工智能和专家系统等。

常用GIS术语 北美、欧洲：Geographical Information System 加拿大： Geomatigue 中国： Resource and Environmental Information System 技术内涵： Geo-relational Information System 信息科学： Spatial Information System 应用类型： Natural Resources Information System Land Information System Transportation Geographical Information System … … 地学应用： GeoScience 专业杂志：Geographical Information science(英国) Geo-Information System（德国）

GIS定义 GIS是由计算机硬件、软件和不同的方法组成的系统，该系统设计支持空间数据采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题。 ——美国联邦数字地图协调委员会（FICCDC）

地理信息系统与计算机地图制图 地理信息系统（GIS）与计算机辅助设计（CAD） CAD主要用于绘制范围广泛的技术图形，大至飞机小至微芯片等。GIS和CAD的共同点是二者都要有坐标参考系统，但GIS处理非图形属性数据和描述、分析图形单元间拓扑关系的功能明显强于CAD。它们之间的主要区别还在于GIS的容量大得多，数据输入方式不同，所用的数据分析方法具有专业化特征等。这种差别有时可能相当大，即便是一个很有效的CAD系统，有时也可能完全不适合于地理信息分析处理。

地理信息系统的特点 具有采集、管理、分析和输出多种地理空间信息的能力。 以地理研究和地理决策为目的，以地理模型方法为手段，具有空间分析、多要素综合分析和动态预测的能力，并能产生高层次的地理信息。 由计算机系统支持进行空间地理数据管理，并由计算机程序模拟常规的或专门的地理分析方法，作用于空间数据，产生有用信息，完成人类难以完成的任务。 地理信息系统从外部来看，它表现为计算机软硬件系统；而其内涵却是由计算机程序和地理数据组织而成的地理空间信息模型，是一个逻辑缩小的、高度信息化的地理系统。信息的流动及信息流动的结果，完全由计算机程序的运行和数据的交换来仿真。

地理信息系统（GIS）与管理信息系统（MIS） 比较项目 GIS MIS 数据类型 有空间分布特性,由点、线、面及相互关系构成 主要为属性数据和统计分析数据 数据源 图形图像及地理特征属性 表格、统计数据、报表 输出结果 图形图像产品、统计报表、文字报告、表格 表格、报表、报告 硬件配置 外设：数字化仪、扫描仪、绘图仪、打印机、磁带机    主机：要求高档微机或工作站 打印机、键盘、一般微机 软件 要求高，价格昂贵 如：ARC/INFO、微机版约3.0万,工作站版约5-10万 要求低、便宜，标准规格统一，如ORACAL、FOXBASE 等 处理内容（采用目的或分析内容） 用于系统分析、检索、资源开发利用或区域规划，地区综合治理，环境监测，灾害预测预报 查询、检索、系统分析、办公管理。如OGIS 工作方式 人机对话，交互作用程度高 人为干预少 两者均以计算机为核心，数据量大而复杂（共同点）

地理信息系统分类（按其内容） 专题地理信息系统（Subject GIS）：是具有有限目标和专业特点的地理信息系统。为特定的专门的目的服务，如水资源管理信息系统、矿产资源信息系统、农作物估产信息系统、草场资源管理信息系统、水土流失信息系统、环境管理信息系统等。 区域地理信息系统（Regional GIS）：主要以区域综合研究和全面信息服务为目标。如国家级、地区级、市级或县级等。 地理信息系统工具(GIS—Tools）：它是一组具有图形图像数字化、存储管理、查询检索、分析运算和多种输出等地理信息系统基本功能的软件包。地理信息系统软件设计技术较高，而且重复编制比较复杂的基础软件也造成人力的极大浪费，因此采用地理信息系统工具（GIS-Tools），无疑是建立实用地理信息系统的一条捷径。

地理信息系统的分类：（划分的不同依据） 研究范围（全球性和区域性）、研究内容（专题和综合）、数据模型（矢量、栅格和混合型）。 地理信息系统的构成： 计算机硬件系统、计算机软件系统、空间数据、应用人员、应用模型。

第二节 GIS的基本构成 计算机硬件系统 计算机软件系统 地理空间数据 应用人员 应用模型

地理信息系统的组成

GIS硬件的组成 1、计算机主机； 2、数据输入设备：数字化仪、图像扫描仪、手写笔、光笔、键盘、通讯端口等； 3、数据存贮设备：光盘刻录机、磁带机、光盘塔、活动硬盘、磁盘阵列等； 4、数据输出设备：笔式绘图仪、喷墨绘图仪（打印机）、激光打印机等。

计算机软件系统的层次

计算机软件系统 1、计算机系统软件 通常包括操作系统、汇编程序、编译程序、诊断程序、库程序以及各种维护使用手册、程序说明等，是GIS日常工作所必需的。 2、地理信息系统软件和其他支撑软件 可以是通用的GIS软件也可包括数据库管理软件、计算机图形软件包、CAD、图像处理软件等。 3、应用分析程序

GIS软件的核心功能 （1）数据输入 方式：①手扶跟踪数字化仪的矢量跟踪数字化 ②扫描数字化仪的光栅扫描数字化 ③键盘输入 （2）数据存贮与管理 （3）数据分析与处理 （4）数据输出与表示模块 （5）用户接口模块

地理空间数据 指以地球表面空间位置为参照，描述自然、社会和人文经济景观的数据。这些数据可以是图形、图像、文字、表格和数字等，由系统建立者通过数字化仪、扫描仪、键盘、磁带机或其它系统输入GIS，是GIS所表达的现实世界经过模型抽象的实质性内容。

地理信息系统的数据模型包括三个互相联系的方面 在某个已知坐标系中的位置：即用几何坐标标识地理实体的空间位置，如经纬度、平面直角坐标、极坐标等。 实体间的空间相关性：地理事物点、线、面实体间的空间联系，用拓扑关系(Topology)来表示。 与几何位置无关的属性（At tribute）：分为定性和定量的两种。 定性——包括名称、类型、特性等，如气候类型、土地利用等。 定量——包括数量和等级等，如面积、长度、土地等级。

应用人员 人是地理信息系统中重要构成因素，GIS不同于一幅地图，而是一个动态的地理模型，仅有系统软硬件和数据还构不成完整的地理信息系统，需要人进行系统组织、管理、维护和数据更新、系统扩充完善、应用程序开发，并采用地理分析模型提取多种信息，为地理学研究和地理决策服务。

应用模型 GIS 由数学模型、经验模型和混合模型组成，用于解决某项实际应用问题，获取经济效益和社会效益。 GUI 用户 空间数据 DBMS 硬件系统 软件系统 应用模型 GIS 用户 GUI 空间数据 DBMS

第三节 GIS的功能 基本功能 数据采集与编辑 手扶跟踪数字化 不同的专题或层 数据存储与管理 矢量栅格模型、数据库管理、空间数据库

数据处理和变换；矢栅转换、制图综合 数据变换：投影变换、辐射变换、比例尺缩放、误差改正与处理等 数据重构：数据拼接、数据截取、数据压缩、结构转换等 数据抽取：类型选择、窗口提取、布尔提取和空间内插等

空间分析和统计 空间拓扑叠合 缓冲区分析 数字地形分析 空间集合分析

产品制作与显示 产品为地图图像：符号图、动线图、点值图、晕线图、等值线图、立体图等。 产品制作与显示：设置显示环境、定义制图环境、显示地图要素、定义自行符号、字符大小与颜色、标注图名和图例以及绘图文件编辑。 二次开发和编程 开发语言：C，C++，VB，VC++，Delphi…）定制自己的菜单，可视化用户应用界面。

应用功能 资源调查 以土地利用类型为例： 不同土地利用类型的分布和面积 按不同高程带划分的土地利用类型 不同坡度区内的土地利用现状 不同时期的土地利用变化 从而为资源的合理利用、开发和科学管理提供依据。

城乡规划 城镇总体规划 城市建设用地适宜性评价 环境质量评价 道路交通规划 公共设施配置，以及城市环境的动态监测

灾害监测 森林火灾的预测预报 洪水灾情监测和洪水淹没损失的估算 为救灾抢险和防洪决策提供及时准确的信息

环境管理 宏观决策 为环境管理部门提供基础数据库系统 提供数据统计、报表和图形编制方法 建立环境污染的若干模型 提供环保部门办公软件 提供信息传输的方法和手段 宏观决策 系统支持下的土地承载力的研究，以解决土地资源与人口容量的矛盾 三峡地区研究，提供了建库前后环境变化的数量、速度和演变趋势等可靠的数据

第四节 GIS的发展透视 地理信息系统发展的三个阶段： 地理信息系统起源于北美：加拿大国家土地调查局为了处理大量的土地调查资料，于60年代开始建立地理信息系统（CGIS），于70年代初投入产品生产；同一时期的美国哈佛大学的计算机图形与空间分析实验室，建立通用的制图软件包，竭力发展空间分析模型和软件。 70年代是GIS发展的巩固阶段：美国、加拿大、英国、西德、瑞典和日本等国对地理信息系统的研究均投入了大量的人力、物力、财力，研究不同专题、不同规模、不同类型的各具特色的地理信息系统。

80年代为地理信息系统的大发展阶段：计算机的迅速发展和普及，地理信息系统也逐步走向成熟，并在全世界范围内全面地推向应用阶段。 在此期间出现了一些性能较好的软件，如美国环境系统研究所(ESRI)开发的ARC／INFO地理信息系统；法国西门子公司开发的System9；美国开发的ERDAS、GENAMAP等。

扫描土壤图

数字化土壤图

GIS的海量数据管理功能

生成数字地面模型 —产品输出

专题地图定点符号法举例

统计图表举例

发展趋势 空间数据结构与数据管理 数据自动输入技术 GIS的微机化 GIS与遥感（RS）的进一步结合 GIS的智能化 GIS应用模型开发